Разработка и исследование дискретной системы автоматического регулирования, страница 7

Микропроцессорные комплекты БИС являются ос­новой для развития нового поколения средств вычис­лительной техники - многомашинных и многопроцес­сорных систем. Микропроцессорная элементная база позволила снять ограничения, связанные со слож­ностью, громоздкостью и высокой стоимостью вычисли­тельных систем. Однако основные трудности создания и применения системы с большим количеством вычис­лительных устройств сдерживают появление серийных мультимикропроцессорных средств,  хотя системы с ограниченным числом процессоров используются доста­точно часто.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                

Мультимикропроцессорные системы (ММПС) пред­назначаются как для самых разнообразных задач (уни­версальные или многофункциональные системы), так и для задач из вполне определенной области (проблемно-ориентированные системы), требующих большого объема вычислительной работы.

Первоначально ММПС создавались по классиче­ским схемам. Требование достижения высокой произво­дительности вычислительных средств привело к поис­кам новых структур систем. Появились многочислен­ные проекты мультимикропроцессорных структур, до­веденные в большинстве случаев всего лишь до стадии макетирования. Это обусловливает настоятельную не­обходимость провести анализ тенденции развития и рассмотреть с единых позиций особенности ММПС, что является целью данной книги.

17.1 Развитие мультимикропроцессорных систем

Широкое применение микропроцессорных наборов БИС, микро-ЭВМ и микроконтроллеров становится од­ним из стратегических направлений в развитии средств вычислительной техники. Важной проблемой является создание надежных, обладающих повышенной живу­честью, вычислительных систем (ВС), которые позво­ляют решать различные задачи обработки информации и управления при повышении производительности и снижении стоимости обработки единицы информации. Производительность ВС обеспечивается как развитием архитектуры машин, так и разработкой высокоэффек­тивных больших и сверхбольших интегральных схем (БИС и СБИС), т. е. совершенствованием элемент­ной базы ЭВМ.

В настоящее время сложилось три независимых направления создания элементной базы ЭВМ. Первое — разработка стандартных интегральных схем (ИС) различной степени интеграции, второе — микро­процессорные комплекты (МПК) БИС, третье — полу­заказные и заказные БИС и СБИС.

В связи с появление мощных микропроцессорных средств ВТ в мировой практике в настоящее время сложилась следующая классификация ЭВМ:

- микроЭВМ;

- мини-ЭВМ;

- супермини-ЭВМ;

- универсальные ЭВМ;

 - мегауниверсальные ЭВМ;

- матричные процессоры;

- мини-суперЭВМ,

- суперЭВМ.

В каждом из перечисленных классов ЭВМ в зависимости от круга решаемых ими задач возможно применение принципов мультимикропроцессорности.

МикроЭВМ могут быть определены как небольшие ЭВМ, в которых в качестве процессорных элементов используются один или несколько МП. Было создано много специализированных вариантов микроЭВМ, к числу которых относятся разного типа персональные ЭВМ, рабочие станции, управляющие ЭВМ, процессоры связи, процессоры цифровой обработки сигналов.

Мини-ЭВМ впервые появились в 60-х годах в качестве недорогой компактной альтернативы универсальной ЭВМ.

Супермини-ЭВМ представляют собой высокопроизводительные мини-ЭВМ (от 1 до 15 млн. оп/с) с длиной слова не менее 32 бит. Как правило, они имеют скалярно-ориентированную архитектуру. Существуют двухпроцессорные супермини-ЭВМ, производительность которых лежит в верхней части диапазона производительности минимашин.

Универсальные ЭВМ явились основным средством автоматической обработки информации. Универсальная ЭВМ может быть описана как машина с высокой производительностью (от 3 до 30 млн. оп/с), предназначенная для использования в качестве центральной ЭВМ для большого числа пользователей.

Мегауниверсальные ЭВМ. Наращивание производительности и объемов памяти достигается в этих машинах путем использования большого (до четырех) числа процессоров, что позволяет достичь быстродействия 100·10⁶ Флопс и объема памяти 256 Мбайт. Их архитектура ориентирована на скалярную обработку. В зависимости от классов решаемых задач архитектура дополняется либо векторным, либо матричным процессорами.

Матричные процессоры наилучшим образом ориентированы на реализацию алгоритмов обработки упорядоченных массивов данных. Они появились в виде устройств с фиксированной программой и были подключены к универсальным ЭВМ, но к настоящему времени в их программировании достигнута высокая степень гибкости. В большинстве матричных процессоров осуществляется обработка 32-разрядных чисел с плавающей запятой со скоростью от 5·10⁶ до 50·10⁶ Флопс. Типичными областями применения матричных процессоров является обработка сейсмической и акустической информации, распознавание речи, быстрое преобразование Фурье (БПФ), фильтрация и действия над матрицами.

Мини-суперЭВМ впервые появились в начале 80-х годов и их назначением было обеспечение высокой производительности вычислений, приближающейся к производительности суперЭВМ.